Справочник радиолюбителя

В условиях современного города питающая сеть 220 В/50 Гц оказывается все более и более «загрязнена» различными помехами. Это помехи как от электротранспорта и промышленных предприятий, так и от мобильной связи и импульсных источников питания всевозможной бытовой аппаратуры. Разумеется, такие помехи самым неблагоприятным образом сказываются на работе аудио- и видеоаппаратуры. Для устранения таких помех используют специальные фильтры, об одном из которых рассказано в этой статье.

Впервые сетевые фильтры появились в профессиональных студиях звукозаписи еще в 1950-е – 1960-е годы. Назначение этих фильтров было подавление помех от радиостанций, телепередатчиков, промышленных предприятий и электротранспорта.

Сам термин «сетевой фильтр» или «кондиционер питания» получил широкое распространение в 1980-е годы, когда в США и других западных странах уровень сетевых помех был очень высок. И хотя тогда еще не было мобильной связи и импульсные источники питания использовались довольно редко, уровень индустриальных помех был столь высок, что использование даже простого сетевого фильтра заметно улучшало качество работы УКВ радиоприемника или магнитофона.

В нынешних Российской Федерации и Украине, казалось бы, проблем с этим быть не должно, поскольку простаивающие или попросту ликвидированные промышленные предприятия не могут «загрязнить» электромагнитную обстановку. Однако это не все так хорошо.

Рассмотрим для примера работу аудиофильского комплекта для проигрывания CD/DVD-дисков. Электропривод DVD-диска, внешний ЦАП и импульсный источник питания являются «производителями» высокочастотных помех. По сети питания помехи проникают в цепи предварительного усилителя аудио- или видеосигнала и приводят к его значительному ухудшению. Сюда же добавляются и помехи, наведенные в сетевой кабель от регуляторов мощности, импульсных источников питания бытовой техники, всевозможными связными устройствами и компьютерами.

Из этого следует необходимость разделить по цепям питания аналоговые блоки аудио- и видеотехники от цифровых источников сигнала или помех.

Таким образом, проблема подавления помех состоит из двух задач: надо бороться как с помехами, поступающими извне, так и с помехами, появляющимися в цифровых блоках самого аудиоустройства.

Однако различные фирмы-производители аудио- и видеотехники по-разному подходят к этому вопросу.

Так, фирмы Sony, Philips и Pioneer устанавливают сетевые фильтры для борьбы с помехами только в свои топовые модели CD- и DVD-проигрывателей. Ряд фирм, таких как Philips, LG, Samsung и др. предусматривают на печатных платах место для установки элементов сетевого фильтра, однако вместо них при сборке впаивают перемычки. И только фирма Yamaha практически во всех своих проигрывателях устанавливает полноценные сетевые фильтры. Сетевой фильтр необходим не только в CD/DVD-проигрывателе, но и в УМЗЧ, AV-ресивере и любом другой аудио аппарате, если, конечно, его владелец хочет получить от техники хороший звук. Причем зачастую наличие сетевого фильтра улучшает звучание даже бюджетного AV-комплекта.

Причина того, что фирмы-производители экономят на сетевых фильтрах, очень проста. Дело в том, что если в недорогой AV-ресивер средней мощности добавить сетевой фильтр, то не только увеличатся размеры его корпуса, но и цена аппарата при этом вырастет на 50-70 долларов США. А для мощного УМЗЧ класса High-End надо применять сетевой фильтр значительных габаритов стоимостью несколько тысяч долларов США. Вот производители и экономят.

При этом складывается парадоксальная ситуация: потребитель выкладывает 3-5 тыс. долларов США за AV-ресивер, который может хорошо звучать только в стерильных условиях хорошо отфильтрованного сетевого напряжения. И в магазине эти условия обеспечиваются. А вот дома у потребителя дорогой аппарат звучит заметно хуже. Причем время от времени его звучание то улучшается, то ухудшается, ставя этим своего владельца в тупик. Ну а ведь причина этого лежит на поверхности, и устранить такой дефект очень просто.

Хороший сетевой фильтр (тут уже, наверное, уместен термин «кондиционер») должен обеспечивать:

• защиту от перенапряжения;
• защиту от короткого замыкания (КЗ);
• защиту от превышения допустимого потребляемого тока;
• защиту от индустриальных помех;
• защиту от помех, созданных устройствами мобильной связи;
• защиту от помех, создаваемых импульсными источниками питания и регуляторами мощности.

Состав Power station V1

Для того чтобы это обеспечить, сетевой фильтр Power station V1 содержит:

• модуль защиты;
• модуль предварительной фильтрации;
• модуль разделительных трансформаторов;
• модуль вторичных фильтров. Назначение вторичных фильтров – исключить взаимное проникновение помех из выходных гнезд (розеток) фильтра.

Фильтр подавления электромагнитных помех

Его еще называют EMI-фильтр, выполнен в отдельном герметизированном металлическом корпусе. Подобные фильтры выпускаются многими компаниями для использования:

• как фильтр общего применения;
• в промышленном оборудовании;
• для медицинской техники.

В данном случае используется серийный фильтр, предназначенный для медицинского оборудования. Такой фильтр выбран, поскольку требования к помехозащищенности медицинской техники выше, чем к помехозащищенности другого оборудования.

Как правило, уровень подавления помех в недорогих фильтрах для AV-аппаратуры не превышает 40 дБ. В то же время, уровень подавления помех серийным фильтром, встроенным в Power station V1, составляет не менее 65 дБ в диапазоне частот 100 кГц…30 МГц.

Основные характеристики фильтра Power station V1 приведены в табл.1.

Лицевая панель

Лицевая панель имеет крайне упрощенное исполнение: на ней отсутствуют какие-либо органы регулировки или управления, присутствуют лишь два светодиодных индикатора наличия входного и выходного напряжения.

Модуль защиты

В модуле защиты можно выделить несколько устройств.

Устройство защиты от постоянной составляющей

В питающей сети 220 В / 50 Гц часто наблюдается асимметрия полуволн напряжения, что приводит к наличию в спектре питающего напряжения постоянной составляющей. Ее протекание через первичную обмотку силовых трансформаторов AV-устройств приводит к нагреву трансформатора и насыщению его сердечника. В итоге трансформатор не только гудит, но и заметно снижается его КПД, а значит, аппарат звучит существенно хуже. В этом устройстве применены конденсаторы с суммарной емкостью около 60000 мкФ.

Устройство защиты от превышения питающего напряжения

Иногда из-за обрыва нулевого провода напряжение в питающей сети может повыситься с 220 В почти до 380 В. Разумеется, это повредит подключенную к сети аппаратуру. В рассматриваемом сетевом фильтре, в таком случае, сработают защитные автоматы, установленные на задней стенке аппарата (это те же самые автоматы, которые срабатывают и при КЗ в подключенном к фильтру потребителю). При этом на передней панели потухнут два светодиода, сигнализируя о превышении допустимого напряжения питающей сети. Этим этот режим отличатся от ситуации КЗ в нагрузке, подключенной к фильтру. В случае КЗ на лицевой панели светится только расположенный слева светодиод.

Устройство защиты от импульсных помех

Устраняет помехи малой длительности, так называемые «выбросы» перенапряжения.

Устройство плавного запуска

Наличие такого устройства полезно как для аппаратуры, подключенной к сетевому фильтру, так и для ограничения зарядного тока конденсаторов самого фильтра.

Блок разделительных трансформаторов

Он выполняет функцию гальванической развязки двух групп выходных розеток от сети. Для этого используют два силовых трансформатора: мощностью 350 Вт, служащий для подключения двух аналоговых потребителей, и мощностью 100 Вт, служащий для подключения двух цифровых потребителей.

Казалось бы, мощность 350 Вт явно избыточна. Для того чтобы запитать всего два предварительных усилителя, хватило бы и 70… 100 Вт. Однако на рынке имеется значительное количество ламповых предварительных усилителей с потребляемой мощностью более 100 Вт каждый. Поэтому этот выход имеет мощность 350 Вт.

Использование разделительных трансформаторов для подавления помех берет свое начало с профессиональных студий звукозаписи. При этом важно наличие в них не только экрана между первичной и вторичной обмоткой, но и вывода вторичной обмотки, соединяемой с так называемой «чистой землей». Дело в том, что стандартный провод заземления трехвыводной розетки питания вначале долго петляет по всему зданию, а только затем подключается к «земле». Т.е. такой провод представляет собой катушку индуктивности, «насасывающую» помехи. В связи с этим в фильтре Power station V1 имеется вывод GND для подключения к «чистой земле». В этом случае НЧ помехи дополнительно значительно уменьшены. Предусмотрен также переключатель GND Close для подключения вторичных обмоток разделительных трансформаторов к «чистой земле».

Работа аудиоаппаратуры с сетевым фильтром

Было проведено прослушивание одних и тех же музыкальных произведений через аудиофильский комплект проигрывателя CD-дисков и усилителей фирмы Pioneer при работе на напольные колонки фирмы Yamaha. При этом вначале музыка прослушивалась при питании аудио комплекта без сетевого фильтра, а потом при подаче питания на аудио комплект через фильтр.

Наиболее заметный эффект от применения сетевого фильтра – тишина в паузах стала заметно убедительней. Надо отметить, что при работе аппаратуры с сетевым фильтром звук приобретает большую динамичность, и в целом звуковая сцена становится более реалистичной.

Однако все это проявляется только при использовании сетевого фильтра с аудиоаппаратурой достаточно высокого класса.

Регистратор ИК излучения для звукового пробника

В настоящее время многие бытовые электронные устройства оснащаются пультами дистанционного управления (ПДУ) на ИК лучах. Спектр аппаратуры с инфракрасным управлением непрерывно расширяется. Если раньше ПДУ комплектовались, в основном, телевизоры, музыкальные центры и другие мультимедийные электронные устройства со стационарным питанием от сети переменного тока 220 В, то сейчас дистанционное управление на инфракрасных лучах можно встретить в джойстиках, детских игрушках, кондиционерах, персональных компьютерах, мобильных телефонных аппаратах, выключателях освещения, фотоаппаратах. Как и любые электронные устройства, пульты инфракрасного ДУ иногда ломаются, случаются и выходы из строя модулей приемников команд дистанционного управления.

Чтобы быстро локализовать тип неисправности дистанционного управления, можно воспользоваться несложным компактным приспособлением, выполненным в виде приставки к звуковому пробнику, описание которого было ранее опубликовано в [1]. Принципиальная схема устройства для контроля наличия ИК излучения от ПДУ показана на рис.1. Эта несложная конструкция информирует о наличии ИК сигналов вспышками светодиода HL1. Кроме того, ИК импульсы от ПДУ можно «прослушивать» звуковым пробником, к которому подключается это устройство. Наличие возможности звукового контроля не только повышает удобство использования устройства, но и позволяет быстро на слух определить, например, такую неисправность, как повреждение кварцевого или пьезокерамического резонатора, при которой ИК светодиод ПДУ вспыхивает, но не на «своей» частоте, что приводит к отсутствию дистанционного управления.

Устройство состоит из микромодульного интегрального датчика ИК излучения В1, усилительного каскада на VT1 и узла световой индикации на светодиоде HL1. При отсутствии ИК световых сигналов, на выходе В1 присутствует высокий уровень напряжения, транзистор VT1 закрыт, светодиод HL1 не светится. При наличии инфракрасных световых импульсов, на выходе В1 присутствуют импульсы напряжения низкого уровня, что приводит к открыванию VT1 и вспышкам светодиода. Импульсы напряжения с коллектора VT1 поступают на вход звукового пробника, который при наличии ИК излучения от ПДУ издает характерные шумоподобные щелкающие звуки. Цепь R3C1 – фильтр питания.

Конструкция и детали

Все детали смонтированы в корпусе штекера СШ7 (см. фото). В качестве приемника ИК излучения применен миниатюрный датчик с линзой от телевизора Panasonic. Особенностью такого датчика являются его малые размеры, которые позволяют легко установить его в хвостовой части штекера СШ7. Вместо такого датчика можно применить любой с небольшими габаритами, например, от автомагнитолы, DVD проигрывателя. Подойдут любые датчики с лог. «1» на выходе при отсутствии ИК импульсов, цоколевка примененного вами датчика может отличаться от указанной на схеме.

Транзистор 2SA1048 можно заменить другим p-n-р транзистором в корпусе TO-92S, например, 2SB810, 2SA1150.

Конденсатор С1 малогабаритный импортный оксидный. Светодиод HL1 установлен в SMD исполнении от узла подсветки клавиатуры мобильного телефонного аппарата. Желательно применить светодиод с повышенной светоотдачей синего или зеленого цвета свечения. Для наблюдения его вспышек в штекере просверлено несколько отверстий диаметром 1,5 мм. Резисторы подойдут любые малогабаритные, в том числе SMD. После успешных испытаний собранного устройства детали дополнительно фиксируют полимерным клеем «Момент» или «Квинтол». Металлическую обойму штекера необходимо электрически соединить с «общим» проводом.

С помощью этого устройства можно фиксировать направленное излучение от пульта ИК на расстоянии до 10 м. Следует заметить, что это не самая простая схема для проверки ПДУ. В [2] приводится схема устройства, состоящего всего из двух деталей, не требующая источника питания и не нуждающаяся ни в каком дополнительном оборудовании. Кроме того, аналогичное устройство можно реализовать всего на одной радиодетали. А если рядом с вами находится оптическая компьютерная мышь, WEB камера, видеокамера, то и с их помощью можно предварительно оценить работоспособность ПДУ или ИК интерфейса.